Robot gąsienicowy zdalnie sterowany z drukarki 3D

Witam pragnę przedstawić Wam jeden z moim projektów czyli robot gąsienicowy w całości wydrukowany w drukarce 3D.

1. Przygotowanie potrzebnych elementów:

1.1. Elektryczne:

• Arduino Nano,
• Arduino Uno,
• Joystick Shield,
• mostek H, sterownik silników DC model L293D,
• 2x serwo MG995R lub inne ale ważne aby miało wymiary najbardziej zbliżone do 40,7 x 19,7 x 42,9 oraz było z mocowaniami. Mile widziane serwo z praca ciągłą.
• dwa moduły NRF24L01 do sterowania bezprzewodowego,
• stabilizator L7805CV,
• 2x przełącznik,
• 4 ogniwa odzyskane z baterii laptopowej 18650 lion,
• goldpiny żeńskie w listwie zwykłe i precyzyjne. Zamiast precyzyjnych może być koszyczek na L293,
• 2x chińska płytka uniwersalna 5×7 cm.

1.2. Drukowane:

• 1x podwozie
• 2x mała zębatka
• 2x duża zębatka
• 2x gąsienice 
• 1x spych
• 2x mocowanie lion 18650
• 4x zaślepka 18650
• 1x obudowa pilot góra
• 1x obudowa pilot dół
• 4x podkładka okrągła

Gąsienice wydrukowałem z fiberflex 40D reszta to PLA.

1.3. Inne:

• kilkanaście śrub m3 20mm i 30 mm wraz z nakrętkami oraz podkładkami,
• dwie śruby m4 50 mm wraz z 6 nakrętkami i 2 podkładkami,
• 4 dystansery 20 mm,
• trochę przewodów, cyny i chęci do pracy.

1.4. Narzędzia:

• lutownica,
• śrubokręty,
• trzecia ręka,
• odsysacz do cyny,
• ściągacz izolacji,
• klucz płaski nr 7,
• wiertarko-wkrętarka,
• wiertła,
• klej na gorąco.

2. Drukowanie elementów 

Jeśli mamy przygotowany warsztat zaczynamy pracę. Najpierw trzeba oczywiście wydrukować wszystkie potrzebne elementy. Z portalu thingiverse.com należny pobrać oryginalny projekt robota i wydrukować 1x spych, 2x gąsienice, 2x duża zębatka. Ja elementy stałe drukowałem z PLA natomiast gąsienice z fiberflex 40D. Gąsienice należy drukować bardzo, bardzo powoli ale z tego materiału wychodzą bardzo dobrze. W załączniku do tego artykuły znajdują się inne elementy plastikowe. Należy pobrać załącznik i wydrukować resztę elementów. Powinniśmy mieć następujące elementy jak na zdjęciu poniżej.

Zdjęcie 01. Przykładowe wydrukowane elementy potrzebne do budowy robota gąsienicowego.

3. Przygotowanie elektroniki

3.1. Przygotowanie serwa – silnika

W projekcie używam serwa MG995R ale przerabiam je na silnik. Aby przerobić serwo na silnik należy odkręcić 4 śruby z tyłu serwa, delikatnie otworzyć serwo i odciąć 3 przewody które są przylutowane do elektroniki oraz dwa przewody które idą od elektroniki do silnika. Następnie należy przylutować dwa przewody bezpośrednio do silnika. W serwisie Youtube można zleźć wiele filmów jak przerobić serwo na silnik. Po co to? Zależało mi na jak najprostszym programowaniu oraz na sile serwa które od teraz już jest silnikiem. 

3.2. Przygotowanie płyty głównej

To co każdy lubi najbardziej czyli lutowanie. Poniżej znajduje się schemat poglądowy w jaki sposób połączyć ze sobą elementy.

Zdjęcie 02. Schemat podłączenia poszczególnych elementów.

Ja przygotowałem to na płytce uniwersalnej, chińskiej 5×7 cm. Tutaj trudno jest mi wyjaśnić jak połączyć to krok po kroku. Każdy ma inny sposób na lutowanie. Ja najpierw lutuję główne elementy na płytce a później za pomocą cyny lub przewodów łączę poszczególne piny. Dodatkowo obok stabilizatora L7805CV po stronie V Out można dodać dwa kondensatory ceramiczny i elektrolityczny.

Zdjęcie 03. Pogląd od góry płytki

Zdjęcie 04. Podgląd od dołu płytki. Od lewej na dole podłączenie zasilania obok  8 pinów od NRF24L01.

Tworząc płytę główną robota na płytce uniwersalnej wyznaję zasadę że zasilanie prowadzę za pomocą ścieżek naniesionych za pomocą cyny z ewentualnymi zworkami natomiast sygnał między arduino a peryferiami za pomocą przewodów. Wyjątkiem są miejsca gdzie bez problemy taki sygnał mogę też zrobić za pomocą ścieżki z cyny.

4. Składanie robota

4.1. Do podwozia montujemy małe zębatki za pomocą śruby m4. Na śrubę m4 nakładamy podkładkę, małą zębatkę, nakrętkę m4. Przekładamy przez otwór z przodu podwozia i nakładamy 2 nakrętki m4. Powoli skręcamy całość aby mała zębatka mogła sie luźno obracać jak dojdziemy do końca śruby ostatnie 2 nakrętki kontrujemy za pomocą klucza płaskiego 7. Powinno to wyglądać jak na zdjęciu 05 pkt. 01.

4.2. Montujemy silniki/serwa za pomocą śrub m3 i nakrętek. Powinno to wyglądać jak na zdjęciu 05 pkt. 02.

4.3. Montujemy spych do podwozia za pomocą śruby m3 i nakrętki (Zdjęcie 05 pkt. 03 ).

Zdjęcie 05. Podłączenie silników, spych i zębatki małe

4.4. Następnie należy przygotować duże zębatki. Do serwa było dołączone korektory okrągłe. Należy za pomocą wiertarki przygotować otwory i całość skręcić jak na zdjęciu 06.

Zdjęcie 06. Prezentuje podłączenie konektora od serwa do dużej zębatki od dołu i od góry.

4.5. Montujemy zębatkę dużą oraz gąsienice do robota. Dodatkowo aby zapobiec wypadnięciu zębatki dużej dokręciłem śrubę m3, zdjęcie 07.

Zdjęcie 07. Robot po założeniu dużych zębatek oraz gąsienic.

4.6. Zaczynamy pracę na górze robota. Za pomocą czystej płytki uniwersalnej zaznaczamy otwory pod wiercenie mocowania płyty głównej.  Powinniśmy zamocować płytę główna po środku robota bliżej jego tyłu. Ja użyłem wiertła 3 mm. Uwaga należy kilka razy sprawdzić czy dobrze zaznaczyliśmy miejsce pod wiercenie aby nie uszkodzić serwa. U mnie wygląda to tak jak na zdjęciu 08.  Użyłem śrub m3 wraz z nakrętką aby później łatwiej było mi przykręcić dystanser.

Zdjęcie 08. Przewiercone otwory wraz z śrubami i dystanserami do mocowania płyty głównej.

Zdjęcie 09. Prezentujące jak przykręcić płytę główną. Użyłem do tego czystą płytę uniwersalną aby zakryć to co znajduje się poniżej płyty głównej, ścieżki z cyny i luźne przewody.

4.7. Kolejny etap pracy to przygotowanie zasilania. Użyłem odzyskanych ogniw po baterii laptopowej lion 18650. Przykręcamy śruby m3 wraz z podkładkami i nakrętką oraz przewody jak na zdjęciu 10. Ja użyłem złączą JST do podłączenia zasilania do płyty głównej ale można przylutować bezpośrednio przewody od zaślepek + i – do płyty głównej. Ogniwa łączymy szeregowo i należy uważać aby się nie pomylić przy wkładaniu ogniw do zaślepek.

Zdjęcie 10. Przewody wraz z podłączeniem,  zaślepką, na ogniwa lion 18650.

4.8. Ostatnia rzecz jaką musimy zrobić to przymocowania ogniw do podwozia. Tutaj też przyda nam się wiertarka. Przykładamy i próbujemy dopasować mocowanie ogniw do tego co już zrobiliśmy. Jeśli przymocowaliśmy płytę główną na środku podwozia to bez problemu powinniśmy znaleźć miejsce. U mnie to wygląda jak na zdjęciu 11.

Zdjęcie 11. Przykręcone mocowanie do ogniwa 18650 za pomocą śruby m3 i nakrętki.

Zdjęcie 12. Zamocowane dwa ogniwa 18650.

5. Pilot RC

5.1. Do dolnej części obudowy na pilota RC mocujemy ogniwa 18650. Wkładamy ogniwa do dedykowanych otworów oraz lutujemy do kawałek blaszki przewody aby połączyć ogniwa szeregowo – zdjęcie 13. W obudowie wiercimy i mocujemy wyłącznik, ja zamocowałem na +, zdjęcie nr 14. Na końcu przewodu lutujemy kątowe goldpiny męskie, zdjęcie 15.

Zdjęcie 13. Ułożenie ogniw i przewodów do zasilania pilota RC.

Zdjęcie 14. Zamocowany włącznik pilota. Z drugiej strony przylutowane przewód Out + i przewód + do joystick shield. Całość zalane klejem na ciepło.

Zdjęcie 15 . Zakończenie przewodów od ogniw goldpinem kątowym męskim.

5.2. Do Arduino Uno wkładamy Joystick Shield i dopasowujemy do tego co robiliśmy wcześniej. Chodzi o to aby shield pasował po założeniu górnej części. Na pewno będziemy musieli za pomocą kleju na gorąco lub taśmy dwustronnej przymocować 4 podkładki plastikowe jak na zdjęciu 16. One są ustawione na siebie po dwie. Zasilanie podpinamy tak jak na zdjęciu 17 pamiętając gdzie jest + i – z ogniw.

Zdjęcie 16. Zamocowanie podkładek plastikowych aby były oparciem dla Arduino Uno.

Zdjęcie 17. Podłączenie zasilania w pilocie.

5.3. Składamy cały pilot i powinno to wyglądać jak na zdjęciu 18.

Zdjęcie 18. Złożony pilot RC wraz z modułem NRF24L01.

6. Wgrywanie oprogramowania

W tym pkt. już nie będę się rozpisywał. Po prostu podłączamy płytkę arduino nano i wgrywamy to co znajduje się w załączniku “program robota”. Podłączamy arduino uno i wgrywamy to co znajduje się w załączniku “program pilota”.

7. Konfiguracja obrotów silników

Oczywiście możemy w programie ustawić obroty silników ale można to też zrobić za pomocą przewodów. Metodą prób i błędów podłączamy przewody od silników do wejść na płycie głównej, zdjęcie 19, pamiętając że silniki nie mają biegunowości i możemy je dowolnie podłączać ale zawsze parami.

Zdjęcie 19. Prezentacja podłączenia silników do płyty głównej

Zdjęcie 20. Efekt końcowy

8. Podsumowanie

Jako podsumowanie niech będzie film na portalu Youtube gdzie opowiadam o tym robocie oraz jest pokazane jak on działa.

Pliki załączone do artykułu:

• przerobki_3d.zip
• program_robota.zip
• program_pilota.zip
• biblioteki-gasienicowy-rc.zip